ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００９－３２３０.２０２１.０２.０１０
罗㊀斌
(湖南大唐先一科技有限公司ꎬ长沙４１０００７)
摘㊀要：燃煤电厂锅炉燃烧运行优化必须建立在锅炉炉内温度场的实时准确测量的基础上ꎬ文中通过分析比较了目前国内电厂使用的几种炉内温度场在线实时测量技术ꎬ就实现锅炉燃烧优化运行提出了相应建议ꎮ
关键词：燃烧优化ꎻ炉膛燃烧ꎻ温度测量
中图分类号:ＴＫ３１１㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀文章编号:１００９－３２３０(２０２１)０２－００３０－０５
ＢｏｉｌｅｒＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓＢａｓｅｄｏｎＦｕｒｎａｃｅ
ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＬＵＯＢｉｎ
(ＨｕｎａｎＤａｔａｎｇＸｉａｎｙｉＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＣｈａｎｇｓｈａ４１０００７ꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｂｏｉｌｅｒｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｎｃｏａｌ－ｆｉｒｅｄｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｓｍｕｓｔｂｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｉｎｔｈｅｂｏｉｌｅｒｆｕｒｎａｃｅ.Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅａｎａｌｙｚｅｓａｎｄｃｏｍｐａｒｅｓｓｅｖｅｒａｌｏｎ－ｌｉｎｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｈｅｆｕｒｎａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｉｎｄｏｍｅｓｔｉｃｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｓｔｏａｃｈｉｅｖｅｏｐｔｉｍａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｏｉｌｅｒｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎꎻｆｕｒｎａｃｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎꎻｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
０㊀引㊀言
收稿日期:２０２０－１２－０４㊀㊀修订日期:２０２１－０１－１４作者简介：罗㊀斌(１９７５－)ꎬ男ꎬ本科ꎬ工程师ꎬ从事火力发
电厂锅炉燃烧控制㊁智慧能源方面的工作及研究ꎮ
随着信息技术的快速发展ꎬ数字化㊁人工智
能㊁大数据等技术应用范围逐步扩大ꎬ以及发展高效㊁低碳㊁智能㊁绿能源的需要ꎮ国家发改委发布的«关于推进 互联网＋ 智慧能源发展的指导意见»ꎬ明确指出促进能源与信息深度融合ꎮ火电机组已进入大容量㊁高参数的发展阶段ꎬ６００㊁１０００ＭＷ等级的超临界㊁超超临界机组相继投运ꎮ火电机组向更高效㊁更方便㊁更清洁㊁更安全㊁
更智能㊁更可持续的方向发展ꎮ利用大数据分析和人工智能技术的智慧化电厂建设在各发电集团已经上升到战略建设层次ꎮ
锅炉燃烧优化是智慧电厂建设的重点建设模块之一ꎬ但由于炉内压燃烧过程自身具有瞬态变化㊁随机湍流㊁炉膛尺寸庞大㊁工作环境恶劣等特征以及我国电站燃煤煤种变动大ꎬ参数整定困难ꎬ给有关热物理量场参数的在线测量带来了阻碍ꎬ难以获得描述实际燃烧过程的热物理量场参数ꎬ特别是温度分布的测量很困难ꎬ这样导致燃烧调整得不到可靠的依据ꎬ燃烧最优化运行无法实现[１]ꎮ目前这已成为提高
大型燃烧设备安全性和经济性的瓶颈ꎮ锅炉燃烧运行优化必须基于炉膛温度场的实时测量数据ꎬ通过对锅炉燃烧过程进行三维建模ꎬ建立模拟温度场ꎬ实现锅炉燃烧过程的可视化ꎮ因此ꎬ为实现锅炉燃烧优化运行ꎬ本文对当前国内常用的几种炉膛测温技术进行比较ꎬ分析各自的优缺点ꎮ
１㊀炉膛温度测量技术应用效果
大型火力发电机组燃煤锅炉炉内温度场是反
映燃烧状况的一项重要参数ꎬ对煤粉的着火㊁燃烬及锅炉的安全性㊁经济性具有重要影响ꎬ是影响以及锅炉安全㊁节能减排的关键控制环节ꎮ应用炉膛温度测量技术后ꎬ可达到如下效果:(１)控制炉膛出口烟气温度ꎬ防止锅炉过热器和再热器金属管壁超温损坏和结焦ꎮ(２)矫正燃烧不均衡ꎬ发现并矫正两侧汽温和烟温偏差ꎮ
(３)控制最佳的风粉比例ꎬ降低过量空气系数提高燃烧效率ꎮ
(４)防止出现局部火焰过热ꎬ降低氮氧化物
的生成ꎬ减少喷氨量控制污染物排放ꎮ
２㊀炉膛测温技术发展及应用
传统的接触式(伸缩式烟温探针)炉膛测温
技术因其探针受耐温限制㊁燃烧腐蚀性等使其应用受限ꎬ仅在锅炉启动初期伸入炉膛测温ꎮ随着科技的飞跃发展ꎬ先进的测控技术与人工智能的有机结合ꎬ使得炉膛测温技术日臻成熟ꎬ非接触式
测温技术在研究与应用上得到了飞速发展ꎬ一些高性能非接触式测温技术如激光光谱法㊁光谱分析法和声波测温技术等在国内大型火力发电厂燃煤锅炉中得到了广泛的应用[１－４]ꎮ
３㊀几种非接触式炉膛测温技术简介
及应用对比
３.１㊀双光谱测温
双红外线测温仪是红外测温技术的一种ꎬ即测量物体在两个不同光谱范围内发出的红外辐射亮度并由这两个辐射亮度之比推断物体的温度ꎬ称为双测温仪ꎮ此""的含义应为红外波长或光谱ꎬ即为"双红外光谱测温仪"ꎮ双测温仪是依据在选定的两个红外波长和一定带宽下ꎬ它们的辐射能量之比随着温度的变化而变化[２]ꎮ用两组带宽很窄的不同单滤光片ꎬ收集两个相近波段内的辐射能量ꎬ将它们转化成电信号后再进行比较ꎬ最终通过该比值来确定被测目标的温度ꎮ此种测温方法灵敏度较高ꎬ与目标的真实温度偏差较小ꎬ如图１所示
ꎮ
图１
３.２㊀激光吸收光谱测温
激光测温法一种主动式的光谱分析技术ꎬ基于每一种气体分子都有独一无二的光谱吸收特性ꎮ针对锅炉炉内气体浓度的测量ꎬ在锅炉的一个层面上采用网格形式布置多条路径ꎮ利用ＣＴ成像算法重建锅炉宽度方向ꎬ现场温度梯度分布场技术吸收特性ꎮ沿锅炉宽度方向在ＳＯＦＡ风上方安装４对激光探头(单层)ꎬ即分别对称布置在前墙和后墙ꎮ激光穿透炉膛ꎬ测得各光路上的平
均温度ꎬ如图２所示ꎮ３.３㊀声波测温
声波可在气体介质中的传播ꎬ但其传播速度及声频率受介质温度影响ꎮ研究学者们利用声波此特点ꎬ提出了声学测温技术ꎬ并形成相关产品在锅炉炉膛温度场的测量中得到了应用ꎮ
声学测温技术是通过热力学气体状态方程来求解气体温度ꎬ其关系可表示为:
ｃ＝
γＲｍ
Ｔ
图２
式中ꎬｃ为声波的传播速度ꎬｍ/ｓꎻγ为气体绝热指数(等于定压比热容与定容比热容之比)ꎻＲ为为气体常数ꎬ８.３１４Ｊ/(ｍｏｌ Ｋ)ꎻｍ为气体摩尔量ꎬｋｇ/ｍｏｌꎻＴ为气体绝对温度ꎬＫꎻｚ为γＲ/ｍꎬ对于特定的气体ｚ为一常数ꎮ
由于发射装置和接收装置之间的距离是已知常数ꎬ而声波从声学器件的发送单元发送到接收单元的 飞
行时间 是可以测量出来的ꎬ因此可以计算出声波传输的速度ꎬ进而根据热力学气体状态方程可以计算出声波传播路径上的烟气温度ꎬ即该测温通道上的气体平均温度(路径温度)ꎮ传统声学测温系统是使用一定数量的声波收发器形成一个测量网格ꎬ从而测量炉内的一个水平面上的温度场二维分布情况
实际应用中ꎮ传统声波收发器炉膛安装直管段和法兰㊁声波导管直管段需要采用和锅炉水冷壁同样的材质加工㊁并与水冷壁焊接在一起ꎬ需要对水冷壁进行改动ꎬ存在安全隐患ꎮ声波装置采用压缩空气作为发生源ꎬ音频在３Ｋ左右ꎮ在测量上存在声源不能同步发生ꎬ循环周期长影响测量精度和数据的连续性ꎻ炉膛噪声㊁吹灰系统噪声频率也均在３Ｋ左右ꎬ易受干扰ꎮ易受炉膛气流影响干扰声波飞行路线ꎬ影响测量精度ꎮ
目前已有国外公司已有采用高频电子声波发生器取代压缩空气声波发生器ꎮ采用电子声波发生器具有如下如下优点:
(１)电子发生无需压缩空气ꎬ无需改动水冷壁ꎬ对锅炉本体无影响ꎮ
(２)音频可设置在１０~１２Ｋ最佳频段ꎮ(３)不受炉内噪声影响ꎬ规避炉内气流对飞行路线影响ꎮ
(４)引入电致声波连续编码㊁数字信号处理
与图形识别技术ꎬ信号精度高ꎮ
(５)测量数据具备高实时性和同步性ꎬ易于
算法优化ꎬ大幅提升测量精度ꎬ如图３所示ꎮ
图３
４㊀采用电子声波建立炉膛温度场应
用于燃烧智能优化控制
采用８传感器２４通道电子声波测温装置得到的温度梯度可以正确反映出温度场的变化趋势ꎬ在此基础建立了三维温度场信息ꎬ以三维温度场信息与锅炉运行参数之间的燃烧优化模型ꎮ对
锅炉总风道㊁大风箱㊁各燃烧器以及调风盘进行真实建模ꎬ进行变风压㊁变调风盘开度下的热态流体数值模拟ꎬ形成大量模拟数据ꎬ构建各燃烧器内外二次风量的实时软测系统ꎮ模型指导上层各ＳＯ￣ＦＡ风喷口风量的精确分配ꎬ到达炉内温度场的均衡调ꎬ如图４所示
ꎮ
图４
㊀㊀燃烧模型实时采集炉内温度场实时数据㊁各燃烧器喷口风量实时数据㊁各磨入炉煤质数据ꎬ以
及ＤＣＳ部分运行数据进行实时计算ꎮ并实时给出如下优化控制输入参数:
(１)各层总二次风配比ꎻ(２)各燃烧器内外二次风调风盘开度ꎻ(３)各ＳＯＦＡ风喷口调风盘开度ꎻ
(４)各磨最佳一次总风量(风煤比优化)ꎻ
(５)最佳推荐排烟氧量ꎬ如图５所示ꎮ图５
５㊀结束语
锅炉燃烧优化只有在炉膛温度的准确测量基础上才能对锅炉燃烧过程进行三维数值建模ꎬ综合应用气相湍流模型㊁颗粒离散相模型㊁煤粉颗粒燃烧模型㊁及ＮＯｘ后处理模型等多种先进的数学模型ꎬ开展变煤质/负荷锅炉炉内燃烧过程进行数值模拟研究ꎬ建立煤质/负荷与炉内流场㊁温度场㊁组分浓度㊁污染物排放等内在联系数据库ꎮ获得不同煤种㊁不负荷条件下的锅炉的最佳燃烧工况ꎬ各燃烧参数的最佳设定值ꎬ包括给煤量㊁二次风量㊁燃烬风量㊁烟气挡板开度㊁减温水量㊁排烟氧量㊁磨煤机风煤比等ꎮ
参考文献
[１]㊀曾庭华.锅炉炉膛温度场测量技术[Ｊ].广东电力ꎬ１９９９ꎬ１２(１).
[２]㊀胡主宽.锅炉炉膛温度场测量技术研究现状与发展趋势探讨[Ｊ].中国测试ꎬ２０１５(４).
[３]㊀王东风.电站锅炉炉膛温度测量[Ｊ].中国测试ꎬ２０１４(２).
[４]㊀庄㊀荣ꎬ朱斌帅.火力发电厂锅炉炉内温度场在线测量技术研究综述[Ｊ].Ｎｏ.５/２０１０第１３５期第３１
卷制冷空调与电力机械ＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎＡｉｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎ. [５]㊀尹㊀峰.智慧电厂与智能发电典型研究方向及关键技术综述[Ｊ].浙江电力ꎬ２０１７ꎬ３６(１０).
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议